Математическая модель подъёмной системы судна на воздушной подушке

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В настоящее время суда на воздушной подушке (CВП) широко применяются во всём мире благодаря своей амфибийной способности и проходимости на водных и элементарно подготовленных площадках с низкой несущей способностью. При этом на практике СВП имеют две главные системы, обеспечивающие движение: подъёмную и тяговую, которые могут быть как объединённые (работающие от одного источника механической энергии), так и раздельные.

В данной статье рассматривается СВП, имеющее раздельные подъёмную и тяговую системы. При этом подъёмная система такого СВП состоит из поршневого дизельного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), гидравлической трансмиссии гидрообъёмного типа, осевых вентиляторов, канала подвода и камеры образования воздушной подушки. Рассматриваемый вариант обусловлен тем, что гидрообъёмная трансмиссия обладает рядом существенных преимуществ перед механической трансмиссией с карданными валами и ремёнными передачами, широко применяемой в настоящее время. В статье рассматривается камерная схема образования воздушной подушки.

Цель исследования — разработка совместной математической модели подъёмной системы СВП, состоящей из поршневого дизельного ДВС, гидрообъёмной трансмиссии и вентилятора, подающего воздух в секции воздушной подушки.

Методы. В среде MATLAB/SIMULINK анализируется регулирование мощности двигателя при движении судна на разных опорных поверхностях с точки зрения увеличения КПД вентилятора и всей системы. Приведена расчётная схема системы, получены приемлемые переходные характеристики. Оцениваются КПД, диапазон оптимальной работы насоса и гидромотора Sauer-Danfoss. Рассматривается процесс регулирования СВП от установившегося режима до нового состояния при изменении условий движения.

Результаты. По результатам моделирования показано влияние входного управляющего сигнала (параметра регулирования режимов работы двигателя) и возмущающего сигнала (коэффициента перепада давления, определяющего свойства опорной поверхности) на параметры, характеризующие движение судна.

Заключение. Разработанная математическая модель позволяет выбирать и оценивать параметры регулирования режима работы двигателя при движении судна на разных поверхностях, анализировать и улучшать энергоэффективность системы.

Об авторах

Александр Владимирович Лепешкин

Московский политехнический университет

Email: lep@mami.ru
ORCID iD: 0000-0002-5590-7422
SPIN-код: 4412-6948

профессор, канд. техн. наук, профессор кафедры «Промышленная теплоэнергетика»

Россия, Москва

Николай Геннадьевич Сосновский

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: sosn60@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-3474-9058
SPIN-код: 2272-9699

канд. техн. наук, доцент кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика»

Россия, Москва

Ван Хоа Нгуен

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: thoigian226@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-0843-2738
SPIN-код: 7676-2873

аспирант кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Качанов И.В., Ледян Ю.П., Щербакова М.К. Конструкция быстроходных судов. В. 3 ч. Ч. 3 Суда на воздушной подушке. Минск: БНТУ, 2015.
  2. Князев С.И., Ломовских А.Е., Гулиев Э.Р.О. Разработка стенда для исследования влияния коэффициента воздуха на энергетические и экономические показатели двигателей внутреннего // Наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. 2019. С. 84–87.
  3. Кухаренок Г.М. Теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания: методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности «Двигатели внутреннего сгорания». Минск: БНТУ, 2011.
  4. Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. Москва, Недра, 1978.
  5. Сосновский Н.Г., Нгуен В.Х. Расчётные исследования гидравлической трансмиссии судна на воздушной подушке // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 4. C. 46–54. doi: 10.18698/0536-1044-2023-4-46-54
  6. Программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК [internet] [дата обращения: 05.09.2023]. Режим доступ: https://diesel-rk.com/
  7. Патент СССР. SU 1673909 A1 / 30.08.1991. Хохлов Ф.Ф., Штыка М.Г., Штыка А.Г. Способ регулирования мощности дизеля. Дата обращения: 20.05.2023. Режим доступа: https://patents.su/4-1673909-sposob-regulirovaniya-moshhnosti-dizelya.html
  8. Лепешкин А.В., Курмаев Р.Х., Катанаев Н.К. Идентификация работы двигателя самоходной машины для использования в математической модели её движения (на примере двигателя DT466) // Известия МГТУ «МАМИ». 2007. Т. 1, №. 2. С. 68–73. doi: 10.17816/2074-0530-69558
  9. Лепешкин А.В., Нгуен В. К вопросу об описании ДВС в математической модели системы подъёма судна на воздушной подушке (на примере двигателя ЗМЗ-51432.10 CRS) // Известия МГТУ “МАМИ“. 2023. Т. 17, № 2. C. 107–114. doi: 10.17816/2074-0530-472097
  10. Сосновский Н.Г., Брусов В.А., Нгуен В.Х. Моделирование гидропривода с объёмным регулированием амфибийного транспортного средства // Инженерный журнал: Наука и инновации. 2021. № 11(119). doi: 10.18698/2308-6033-2021-11-2127
  11. Брусов В.А., Мерзликин Ю.Ю., Меньшиков А.С. Разработка системы управления параметрами гидравлической системы транспортного средства с комбинированным шасси на воздушной подушке // Труды НАМИ. 2021. № 1. С. 35–46. doi: 10.51187/0135-3152-2021-1-35-46
  12. Сосновский Н.Г., Нгуен В.Х. Расчётные исследования гидравлической трансмиссии судна на воздушной подушке // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 4. C. 46–54. doi: 10.18698/0536-1044-2023-4-46-54

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная блок-схема системы подъёма СВП: — параметр регулирования режима работы двигателя; g — цикловая подача топлива; — скорость вращения и крутящий момент, передаваемый от двигателя; — скорость вращения и крутящий момент вентилятора; h — высота подъёма СВП над опорной поверхностью; Q — расход воздуха; — избыточное давление в подушке; — коэффициент, учитывающий условия движения СВП.

Скачать (38KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Напорно-расходная характеристика вентилятора ОВ-109 при разных частотах вращения: точка I — требуемая точка работы; η — КПД вентилятора.

Скачать (146KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Принципиальная схема гидрообъёмной трансмиссии системы подъёма СВП: 1 — двигатель ЗМЗ-51432.10 CRS; 2 — нерегулируемый аксиально-поршневой насос Danfoss; 3 — поток, поступающий от подпиточного насоса; 4 — трубопровод; 5 — нерегулируемый аксиально-поршневой гидромотор Danfoss; 6 — осевой вентилятор; 7 — подпиточный клапан.

Скачать (41KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Переходные процессы при уменьшении : a — параметр регулирования двигателя ; b — сигнал ; c — частота вращения двигателя ; d — частота вращения вентилятора ; e — КПД вентилятора ηв ; f — высота СВП над опорной поверхностью h; g — мощность двигателя Ng.

Скачать (449KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Переходные процессы при увеличении : a — параметр регулирования двигателя ; b — сигнал ; c — частота вращения двигателя ; d — частота вращения вентилятора ; e — КПД вентилятора ηв; f — высота СВП над опорной поверхностью h; g — мощность двигателя Ng .

Скачать (446KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».